KR102564112B1 - 루테늄 박막의 선택적 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 반응성 가스 종류 및 이 반응성 가스의 혼합비율을 이용하여 루테늄 박막을 도전층에 선택적으로 증착할 수 있는 루테늄 박막의 선택적 증착 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 반응성 가스 종류 및 이 반응성 가스의 혼합비율을 이용하여 루테늄 박막을 도전층에 선택적으로 증착할 수 있는 루테늄 박막의 선택적 증착 방법에 관한 것이다.
자율주행 차량들, 가상현실, 및 5G 등의 모바일 디바이스의 발현으로 반도체 산업은 고성능을 위한 지속적인 디바이스 소형화가 요구되고 있으며, 이를 위하여는 엔지니어링 부분의 발전뿐만 아니라, 새로운 고성능 재료들도 필요하다.
한편, 반도체 디바이스 설계의 고도화에 따라 반도체 공정 중 루테늄 증착 과정에서 기판의 특정 영역에만 루테늄 막을 성막 시키는 것이 바람직하고, 이는 루테늄 막 증착 후 포토리소그라피 공정 및 에칭 공정을 이용하여 달성할 수 있다. 그러나 포토리소그라피 공정 및 에칭 공정 진행 시, 전체적으로 공정이 번거롭고 복잡해져 공정 원가 및 제조 시간이 증대되는 문제점을 야기한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 루테늄 박막의 선택적 증착 방법에 관한 기술개발이 요구되고 있고, 최근 기판에 반응억제층을 형성하여 금속 박막을 선택적으로 형성시키는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1).
그러나 상기 최근의 종래 방법은 기판상에 반응억제층을 별도의 단계로 수행하여야 하여 공정이 번거롭고, 또한 금속 박막이 형성되는 부분과 그 이외의 부분에서의 서로 다른 금속 반응성을 갖는 물질을 선정하는 것에 어려움이 수반된다.
또 다른 루테늄 박막의 선택적 증착 방법에서는 반응성 가스로서 산소를 사용하고, 박막 증착 시간을 조절하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 2).
하지만 금속 기판에 산소를 이용하여 루테늄 박막을 증착할 경우 금속 기판이 산화되어 산화 금속막이 형성되고, 이렇게 산화 금속막이 형성되면 막의 도전성이 달라지면서 반도체 소자의 구동에 영향을 준다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결한 새로운 루테늄 박막의 선택적 증착 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 금속을 포함하는 도전층과 절연층이 존재하는 기판의 도전층에 대하여 반응 가스로서 산소를 사용하지도 않고, 포토리소그라피 공정 및 에칭 공정 없이 루테늄 박막의 선택성이 우수한 루테늄 박막의 선택적 증착 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 방법은,
a) 도전층 재료 및 절연층 재료를 포함하는 기판의 제공 및 상기 기판의 안정화 단계;
b) 세정물질을 이용하여 기판 표면의 불순물 제거 단계;
c) 상기 불순물이 제거된 기판으로 루테늄 또는 루테늄 전구체 및 반응 가스를 공급하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 도전층 재료는 금속, 금속 질화물 또는 이들의 조합을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 절연층 재료는 질소(N)와 산소(O)를 포함하는 질화 규소(SiNx), 산화 규소(SiOx), 복합 규소 절연체 (SiCO, SiCON, H-Si, a-Si)일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 단계들은 400℃ 내지 450℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 단계들은 10 torr 이하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 반응 가스는 H2 및 NH3의 혼합종이며, 상기 반응성 가스의 비율은 전체 반응 가스 중 H2의 비율이 0.1 이상 1 미만이고, 바람직하게는 0.15 이상 0.75 이하이다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 세정물질은 H2, Ar, He, N2, NH3, H2 플라즈마, Ar 플라즈마, N2 플라즈마, NH3 플라즈마 및 이들의 혼합종으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 루테늄 박막의 선택적 증착 방법은 화학기상증착 또는 원자층 화학증착에 의해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 방법에 따른 루테늄 박막이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 배선이 제공된다. 상기 반도체 소자의 배선은, 상기 루테늄 박막; 및 상기 루테늄 박막 상의 도전성의 배선층을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 루테늄 박막은 전해 도금법으로 상기 배선층을 형성하기 위한 시드(seed) 층일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 캐패시터가 제공된다. 상기 캐패시터는, 상기 루테늄 박막; 및 상기 루테늄 박막 상의 유전층을 포함한다.
본 발명에 따르면, 루테늄 또는 루테늄 전구체, 및 반응성 가스인 수소(H2)와 암모니아(NH3)의 특정 혼합비율을 이용하여 별도의 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정 없이 금속을 포함하는 도전층과 절연층이 존재하는 기판의 도전층에 대하여 우수한 선택성으로 루테늄 박막을 증착할 수 있다.
또한, 본 발명의 루테늄 박막의 선택적 증착 방법에서는 반응 가스로서 산소를 사용하지 않아 본 발명의 방법으로 제조된 루테늄 박막이 적용되는 반도체 소자는 그 구동이 안정적으로 이루어지도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 루테늄 박막의 선택적 증착 방법에 관한 개략적인 공정 흐름도이다
도 2는 본 발명의 실시예 1-1에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1-1에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험을 나타낸 TEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1-2에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1-2에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험을 나타낸 TEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예 1-1에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 비교예 1-1에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험을 나타낸 TEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 비교예 1-2에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 비교예 1-2에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험을 나타낸 TEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1-1에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1-1에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험을 나타낸 TEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1-2에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1-2에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험을 나타낸 TEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예 1-1에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 비교예 1-1에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험을 나타낸 TEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 비교예 1-2에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 비교예 1-2에 따른 루테늄 박막의 선택적 증착 실험을 나타낸 TEM 사진이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 도면을 참조하여 당해분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명 루테늄 박막의 선택적 증착 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 루테늄 박막의 선택적 증착 방법은, a) 도전층 재료 및 절연층 재료를 포함하는 기판의 제공 및 상기 기판의 안정화 단계; b) 세정물질을 이용하여 기판 표면의 불순물 제거 단계; c) 상기 불순물이 제거된 기판으로 루테늄, 또는 루테늄함유 전구체 및 반응 가스를 공급하는 단계;를 포함한다.
일 실시예들에서 상기 a) 도전층 재료 및 절연층 재료를 포함하는 기판의 제공 및 상기 기판의 안정화 단계는 상기 기판의 제공 및 제공된 상기 기판에 불활성 기체를 공급하면서, 기판이 증착 온도인 400℃ 내지 450℃에 충분히 도달하도록 하는 단계이다.
상기 증착 온도가 400℃ 미만이거나, 450℃를 넘으면 본 발명의 하기와 같은 특정한 반응 가스 조건에서 기판의 절연층 대비 도전층 재료에 대한 루테늄 박막의 선택비가 낮아지는 문제가 발생한다.
일 실시예들에서 상기 공급되는 불활성 기체는 H2, Ar, NH3, N2 가스, H2 플라즈마, Ar 플라즈마, NH3 플라즈마, N2 플라즈마, 및 이들의 혼합종으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 공급되는 양은 장치의 크기에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어 기판의 크기가 2cm x 2cm인 경우 500 sccm를 공급할 수 있다.
일 실시예들에서 상기 도전층 재료는 금속, 금속 질화물, 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 구체적으로는 Pt, Cu, Co, W, Ta, Ti, 또는 이들의 산화물들, 질화물들 또는 옥시나이트라이드들 중 하나 이상을 포함하거나 또는 필수적으로 포함한다.
일 실시예들에서 상기 절연층 재료는 질소(N)와 산소(O)를 포함하는 질화 규소(SiNx), 산화 규소(SiOx), 복합 규소 절연체(SiCO, SiCON, H-Si, a-Si)일 수 있으며, 실리콘을 포함할 수 있다. 구체적으로 절연성 재료는 SiO2, SiN, 또는 고저항 Si 중 하나 이상을 포함하거나 또는 필수적으로 포함한다.
본 발명의 일 실시예들에서 도전층 재료는 W, Pt 또는 TiN을 필수적으로 포함하고, 절연성 재료로는 SiO2 또는 SiN을 필수적으로 포함한다.
일 실시예들에서 상기 b) 세정물질을 이용하여 기판 표면의 불순물 제거 단계는, 세정물질 및 플라즈마를 이용한 기판의 선 처리(pretreatment)로 기판상의 불순물을 제거하는 단계이다.
일 실시예들에서 상기 세정물질은, H2, Ar, He, N2, NH3, H2 플라즈마, Ar 플라즈마, N2 플라즈마, NH3 플라즈마, 및 이들의 혼합종으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 플라즈마 인가 전력은 10 내지 100 W이다. 이때 공정 압력은 10 torr 이하에서 수행되고, 바람직하게는 1 내지 5 Torr에서 수행된다.
일 실시예들에서 상기 c) 상기 불순물이 제거된 기판으로 루테늄, 또는 루테늄함유 전구체 및 반응 가스를 공급하는 단계에서는 공급된 루테늄, 또는 루테늄함유 전구체와 반응 가스에 의하여 기판상에 루테늄 박막이 형성된다.
일 실시예들에서 상기 루테늄함유 전구체는 (TMEDA) 리간드, 시클로펜타디에닐 리간드, 또는 이의 유도체를 포함하는 루테늄함유 전구체일 수 있다.
(TMEDA) 리간드를 갖는 루테늄함유 전구체는 예를 들어, Ru(TMEDA)(acac)2, Ru(TMEDA)3, Ru(TMEDA)2(COD), Ru(TMEDA)2(CO)2, Ru(TMEDA)Cl2, Ru(TMEDA)(hfac)2, 또는 Ru(TMEDA)2(hfac) 일 수 있다.
시클로펜타디에닐 리간드를 갖는 루테늄함유 전구체로서는 Ru(Cp)2, Ru(EtCp)2, Ru(Me5Cp2), 또는 (2,4-dimethyloxopentadienyl) (ethylcyclopentadienyl)Ru 등일 수 있다.
루테늄함유 전구체는 상기의 화합물로 한정되는 것이 아니며, CVD 또는 ALD를 통하여 루테늄 박막의 형성할 수 있는 전구체이면 모두 본 발명의 루테늄함유 전구체에 포함될 수 있다.
상기 루테늄함유 전구체는 루테늄함유 가스로 챔버의 기판에 전달되며, 상기 루테늄함유 가스는 하나 이상의 펄스들로 또는 연속적으로 제공될 수 있다. 상기 루테늄함유 가스의 유량은 약 10 내지 약 2000 sccm의 범위, 또는 약 20 내지 약 1000 sccm의 범위, 또는 약 30 내지 약 500 sccm의 범위, 또는 약 50 내지 약 200 sccm의 범위의 유량들을 포함하는 임의의 적합한 유량일 수 있다.
일 실시예들에서 상기 반응 가스는 H2 및 NH3의 혼합종이며, 상기 혼합종 가스 중 H2의 비율이 0.1 이상 1 미만이고, 바람직하게는 0.15 이상 0.75 이하이다.
상기 각 반응 가스의 비율은 루테늄 박막 형성을 위한 증착 반응온도에 따라 변할 수 있으며, 바람직하게 증착 반응온도가 400℃인 경우는 혼합종 가스 중 H2의 비율이 0.2 이상 1 미만, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.75이며, 증착 온도가 450℃에서는 혼합종 가스 중 H2의 비율이 0.15 이상 1 미만, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.75이다.
일 실시예들에서 상기 반응성 가스는 루테늄 전구체와 동시에 또는 순차적으로 공급될 수 있으며, 상기와 같은 동시 투입 시는 각각 개별적으로 투입되거나, 또는 투입 전 혼합되어 투입될 수 있다.
일 실시예들에서 상기 혼합종의 반응성 가스는 약 1 내지 약 5,000 sccm 범위의 유량으로 적정하게 챔버 내의 기판으로 공급될 수 있다.
일 실시예들에서 상기 반응성 가스는 루테늄함유 전구체 가스 유량의 2.5 내지 500배 범위로 챔버 내의 기판으로 공급된다.
일 실시예들에서 증착 동안의 기판 온도는, 예를 들어 기판 지지부 또는 서셉터의 온도를 세팅함으로써 제어될 수 있다.
일부 실시예들에서, 증착 동안의 기판 온도는 400℃ 내지 450℃ 범위 온도로 유지된다. 상기 증착 시 기판 온도가 400℃ 미만이거나, 450℃를 넘으면 상기 반응 가스의 조건에서 기판의 절연층 대비 도전층 재료에 대한 루테늄 박막의 선택비가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 기술적 사상 및 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시예들은 단지, 본 발명의 기술적 사상 및 원리들을 예시할 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 기술적 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 본 발명 기술적 사상에 의한 방법에 대해 다양한 변형들 및 변화들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다.
하기에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 이용하여 설명한다.
실시예 1-1
루테늄 박막을 제조하기 위하여 2cm X 2cm 크기의 W, SiO2층을 포함하는 웨이퍼 조각을 증착 장비에 넣고, 열 CVD 증착을 진행하였다.
기판이 증착 온도 400℃에 충분히 도달할 수 있도록 Ar 500 sccm을 공급하면서 5분간 기판 온도를 안정화시킨다.
이후, 기판상의 불순물을 제거하기 위하여 H2와 Ar 플라즈마를 이용한 표면 pretreatment(cleaning)를 5분간 실시하였다. 이때 H2 500 sccm, 및 Ar 500 sccm을 동시에 공급해주었으며 공정 압력은 3.1 torr이었고, 플라즈마 인가 전력은 50W로 설정하였다.
루테늄함유 전구체로는 Tosoh사의 (2,4-dimethyloxopentadienyl) (ethylcyclopentadienyl)Ru [Rudense®] 60 sccm을 사용하였다.
반응성 가스로는 하기의 5가지 경우로 혼합하여 사용하였다.
① 암모니아 500 sccm 단독(암모니아:수소비 1:0),
② 암모니아와 수소를 각각 375 sccm, 125 sccm(암모니아:수소비 3:1),
③ 암모니아와 수소를 각각 250 sccm, 250 sccm(암모니아:수소비 1:1),
④ 암모니아와 수소를 각각 125 sccm, 375 sccm(암모니아:수소비 1:3),
⑤ 수소 500sccm 단독(0:1)
반응 진행 당시 챔버 압력은 5Torr로 유지시키고, 증착은 1시간(60min) 동안 진행하였다.
하기 표 1에 상기 실시예 1-1의 구체적인 증착 조건 및 결과를 기재하였다.
| 전구체 | Rudense | Rudense | Rudense | Rudense | Rudense |
| 기판 | W, SiO2 | W, SiO2 | W, SiO2 | W, SiO2 | W, SiO2 |
| 기판 온도(℃) | 400 | 400 | 400 | 400 | 400 |
| 반응성가스 | NH3 | NH3/H2 | NH3/H2 | NH3/H2 | H2 |
| 박막 증착 시간 | 60 min | 60 min | 60 min | 60 min | 60 min |
|
반응성가스
주입량 (경우) |
NH3 500 sccm (경우 ①) |
NH3 375 sccm H2 125 sccm (경우 ②) |
NH3 250 sccm H2 250 sccm (경우 ③) |
NH3 125 sccm H2 375 sccm (경우 ④) |
H2 500 sccm (경우 ⑤) |
| 챔버압력 | 5 torr | 5 torr | 5 torr | 5 torr | 5 torr |
| 선택비 | 1.06:1 | 1.18:1 | 1.20:1 | 1.17:1 | 1.11:1 |
|
증착두께
(on W) |
108 Å | 112 Å | 122 Å | 56 Å | 42 Å |
|
증착두께
(on SiO 2 ) |
102 Å | 95 Å | 103 Å | 48 Å | 38 Å |
또한, 상기 표 1의 결과는 도 2에 그래프로 도시되어 있으며, 도 3에는 상기 경우 ①, 경우 ③, 경우 ⑤의 증착된 루테늄 박막의 TEM을 나타내고 있다.
실시예 1-2
기판 증착 온도를 450℃로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 실시하였다.
하기 표 2에 상기 실시예 1-2의 구체적인 증착 조건 및 결과를 기재하였다.
| 전구체 | Rudense | Rudense | Rudense | Rudense | Rudense |
| 기판 | W, SiO2 | W, SiO2 | W, SiO2 | W, SiO2 | W, SiO2 |
| 기판 온도(℃) | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 |
| 반응성 가스 | NH3 | NH3/H2 | NH3/H2 | NH3/H2 | H2 |
| 박막 증착 시간 | 60 min | 60 min | 60 min | 60 min | 60 min |
|
반응성 가스
주입량 |
NH3 500 sccm (경우 ①) |
NH3 375 sccm H2 125 sccm (경우 ②) |
NH3 250 sccm H2 250 sccm (경우 ③) |
NH3 125 sccm H2 375 sccm (경우 ④) |
H2 500 sccm (경우 ⑤) |
| 챔버압력 | 5 torr | 5 torr | 5 torr | 5 torr | 5 torr |
| 선택비 | 1.08:1 | 1.32:1 | 1.71:1 | 1.25:1 | 1.23:1 |
|
증착두께
(on W) |
593 Å | 512 Å | 448 Å | 321 Å | 302 Å |
|
증착두께
(on SiO 2 ) |
549 Å | 388 Å | 262 Å | 257 Å | 246 Å |
또한, 상기 표 2의 결과는 도 4에 그래프로 도시되어 있으며, 도 5에는 상기 경우 ①, 경우 ③, 경우 ⑤의 증착된 루테늄 박막의 TEM을 나타내고 있다.
비교예 1-1
기판 증착 온도를 350℃로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 실시하였다(상기 경우 ①, 경우 ③, 및 경우 ⑤ 실시).
하기 표 3에 상기 비교예 1-1의 구체적인 증착 조건 및 결과를 기재하였다.
| 전구체 | Rudense | Rudense | Rudense |
| 기판 | W, SiO2 | W, SiO2 | W, SiO2 |
| 기판 온도(℃) | 350 | 350 | 350 |
| 반응성가스 | NH3 | NH3/H2 | H2 |
| 박막 증착 시간 | 60 min | 60 min | 60 min |
| 반응성가스 주입량 | NH3 500 sccm (경우 ①) |
NH3 250 sccm H2 250 sccm (경우 ③) |
H2 500 sccm (경우 ⑤) |
| 챔버압력 | 5 torr | 5 torr | 5 torr |
| 선택비 | 0.95:1 | 1.02:1 | 1.08:1 |
| 증착두께(on W) | 20 Å | 16 Å | 13 Å |
| 증착두께(on SiO 2 ) | 21 Å | 16 Å | 12 Å |
또한, 상기 표 3의 결과는 도 6에 그래프로 도시되어 있으며, 도 7에는 상기 경우 ①, 경우 ③, 경우 ⑤의 증착된 루테늄 박막의 TEM을 나타내고 있다.
비교예 1-2
기판 증착 온도를 470℃로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 실시하였다(경우 ①, 경우 ③, 및 경우 ⑤ 실시).
하기 표 4에 상기 비교예 1-2의 구체적인 증착 조건 및 결과를 기재하였다.
| 전구체 | Rudense | Rudense | Rudense |
| 기판 | W, SiO2 | W, SiO2 | W, SiO2 |
| 기판 온도(℃) | 475 | 475 | 475 |
| 반응성가스 | NH3 | NH3/H2 | H2 |
| 박막 증착 시간 | 60 min | 60 min | 60 min |
| 반응성가스 주입량 | NH3 500 sccm (경우 ①) |
NH3 250 sccm H2 250 sccm (경우 ③) |
H2 500 sccm (경우 ⑤) |
| 챔버압력 | 5 torr | 5 torr | 5 torr |
| 선택비 | 0.14:1 | 0.24:1 | 1.31:1 |
| 증착두께(on W) | 241 Å | 507 Å | 308 Å |
| 증착두께(on SiO 2 ) | 1727 Å | 2123 Å | 236 Å |
또한, 상기 표 4의 결과는 도 8에 그래프로 도시되어 있으며, 도 9에는 상기 경우 ①, 경우 ③, 경우 ⑤의 증착된 루테늄 박막의 TEM을 나타내고 있다.
하기 표 5에는 상기 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 각 성막 조건에서 경우 ① 내지 경우 ⑤의 혼합비율에 따른 선택도(selectivity) 및 비교예 1-1 및 비교예 1-2의 각 성막 조건에서 경우 ①, 경우 ③, 및 경우 ⑤의 혼합비율에 따른 선택도(selectivity)를 나타내고 있다.
|
실시예 1-1
(기판온도 400℃) |
실시에 1-2
(기판온도 450℃) |
비교예 1-1
(기판온도 350℃) |
비교예 1-1
(기판온도 475℃) |
||||||
| H2/(NH3+H2) | 선택비 | H2/(NH3+H2) | 선택비 | H2/(NH3+H2) | 선택비 | H2/(NH3+H2) | 선택비 | ||
| 0.00 | 1.06 | 0.00 | 1.08 | 0.00 | 0.95 | 0.00 | 0.14 | ||
| 0.25 | 1.18 | 0.25 | 1.32 | ||||||
| 0.50 | 1.20 | 0.50 | 1.71 | 0.50 | 1.02 | 0.50 | 0.24 | ||
| 0.75 | 1.17 | 0.75 | 1.25 | ||||||
| 1.00 | 1.16 | 1.00 | 1.23 | 1.00 | 1.08 | 1.00 | 1.31 | ||
상기 표 5에서 보이는 바와 같이, 400℃ 및 450℃의 증착 기판 온도인 본 발명 실시예 1-1 및 실시예 1-2에서는 H2 및 NH3의 혼합종 반응 가스를 사용한 경우(경우 ②, 경우 ③, 및 경우 ④)에 반응 가스로서 NH3만을 사용한 경우(H2/(NH3+H2)=0.00, 경우 ①) 및 H2만을 사용한 경우(H2/(NH3+H2)=1.00, 경우 ⑤)에 비하여 기판의 전도성 물질의 도전층에 대한 루테늄 박막의 선택비가 높은 것으로 나타내고 있다.
특히 본 발명 실시예 1-2의 기판 증착 온도가 450℃인 경우에는 선택비의 증가가 두드러지며, 혼합종의 반응 가스 중 H2 비율이 0.5, 즉 H2와 NH3의 비율이 동일한 경우는 반응 가스로서 NH3 단독으로 사용하는 경우에 비하여 약 1.6배 선택비가 증가하고, H2 단독으로 사용하는 것에 비하여도 약 1.4배 선택비가 증가하는 것으로 나타내고 있다.
그러나 350℃ 및 475℃의 증착 기판 온도인 비교예 1-1 및 비교예 1-2에서는 상기 경우 ⑤가 상기 실시예 1-1 및 실시예 1-2와 달리 경우 ① 및 경우 ③에서 기판의 전도성 물질의 도전층에 대한 루테늄 박막의 선택비가 높은 것으로 나타내고 있다.
특히 증착 기판 온도 350℃에서는 반응 가스로서 NH3의 단독(경우 ①), H2 및 NH3의 혼합종(경우 ③) 및 H2의 단독(경우 ⑤)의 경우 선택비가 각각 “0.95”, “1.02”, 및 “1.08”로서 거의 차이가 없다.
이와 같이 특정의 증착 온도, 즉 400℃ 내지 450℃에서 반응 가스로서 H2 및 NH3의 혼합종의 반응 가스를 루테늄함유 전구체와 반응시키는 본 발명의 루테늄 박막의 선택적 증착 방법을 이용하는 경우, 루테늄 박막의 형성 시 도전층에 대한 선택성이 우수함을 알 수 있다.
따라서 본 발명인 루테늄의 선택적 증착 방법이 기판의 전도성 물질의 도전층에 루테늄 박막을 선택적으로 증착할 수 있는 효과적인 방법임을 알 수 있다.
본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
Claims (10)
- a) 도전층 재료 및 절연층 재료를 포함하는 기판의 제공 및 상기 기판의 안정화 단계;
b) 세정물질을 이용하여 기판 표면의 불순물 제거 단계;
c) 상기 불순물이 제거된 기판으로 루테늄함유 전구체 및 반응 가스를 공급하는 단계;를 포함하고,
상기 세정물질은 불활성 기체를 포함하며,
상기 반응 가스는 H2 및 NH3의 혼합종이고, O2는 포함하지 않으며,
상기 혼합종의 반응 가스 중 H2의 비율이 0.1 초과 1.0미만이고,
상기 기판 온도는 400℃ 내지 450℃이며,
열 CVD로 진행되는 것을 특징으로 하는, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법 - 청구항 1에 있어서,
상기 기판 온도는 400℃이고, 상기 혼합종의 반응 가스 중 H2의 비율이 0.2 내지 0.75인 것을 특징으로 하는, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법 - 청구항 1에 있어서,
상기 기판 온도는 450℃이고, 상기 혼합종의 반응 가스 중 H2의 비율이 0.15 내지 0.75인 것을 특징으로 하는, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법 - 청구항 1에 있어서,
상기 도전층 재료는 Pt, Cu, Co, W, Ta, Ti, 또는 이들의 산화물들, 질화물들 또는 옥시나이트라이드들 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법 - 청구항 1에 있어서,
상기 절연층 재료는 SiO2, SiN, 또는 고 저항 Si 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법 - 청구항 1에 있어서,
도전층 재료는 W(텅스텐), Pt, 또는 TiN이고, 절연층 재료는 SiO2 또는 SiN인 것을 특징으로 하는, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법 - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 루테늄함유 전구체는 (TMEDA) 리간드, 시클로펜타디에닐 리간드, 또는 이의 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테늄 박막의 선택적 증착 방법 - 청구항 1 내지 6, 및 8 중 어느 한 항의 방법을 이용하여 제조된 루테늄 박막
- 청구항 9의 루테늄 박막을 포함하여 제조된 반도체 소자
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